Multiple Input Multiple Output (MIMO) transmission is a remarkable solution to provide high channel capacity and improved quality of service (QoS). In a cellular network, it requires multiple antennas for both base station (BS) and mobile station (MS) to provide MIMO communication. MS represents individual communicating user. Multi-user MIMO (MU-MIMO) technique which also called as virtual MIMO provides MIMO communication without increasing the number of antennas at the receiver side. MU-MIMO system configures MIMO channel which includes information of all links between the multiple antennas in the BS and associated MSs. In a situation that the BS is required to associate with larger number of MSs than its capability, a user scheduler in the BS selects a group of users among the whole set of MSs which require the associations with BS. Different set of selected users highly affects MIMO transmission performance. For example, a channel gain, throughput, and pre-coding gain.
Most of conventional user scheduling algorithms intend to maximize total throughput with a limited transmit power constraint. However, in the situation that focuses on the energy efficiency with appropriate QoS, the mechanism of scheduling can be changed. In this thesis, we propose energy-efficient user scheduling scheme for MU-MIMO downlink system that contains a spatial multiplexing gain. Moreover, we apply our algorithm to massive MIMO systems which have dozens, hundreds or more extremely large number of antennas. We report that the suggested algorithm can achieve energy efficiency while satisfying signal level requirement under the massive MIMO condition.
다중 입력 다중 출력 (MIMO: Multiple Input Multiple Output) 송수신 시스템은 송신기와 수신기 사이의 다수의 안테나를 이용한 무선 채널의 높은 용량과 신호 품질 개선에 획기적인 기술이다. 셀룰러 시스템에 단일 사용자MIMO 송수신 시스템을 적용하기 위해 기지국과 이동 단말에 다수 개의 안테나가 필요 할 것이다. 하지만 다중 사용자 MIMO기술을 적용 할 경우, 하드웨어의 변경을 최소화 하면서 동시에 다수의 사용자와 MIMO 채널을 구성할 수 있다. 다중 사용자 MIMO 시스템은 다중 안테나와 각각의 이동 기기간 링크 정보를 이용하여 MIMO 채널을 구성한다. 기지국이 특정 시간에 자신의 동시에 처리 할 수 있는 이동 단말의 개수 보다 더 많은 이동 단말이 서비스를 요구 할 때, 기지국 내의 사용자 스케줄러가 모든 이동 단말의 집합 중 특정 단말의 집합을 선택하여 서비스를 제공 한다. 사용자 스케줄러의 선택에 따라 MIMO 시스템의 전송 성능이 달라진다. 예를 들어, 채널 이득, 전체 처리량, 선처리 함수의 성능 등이다. 따라서 기지국 내의 사용자 스케줄러는 유저 선택 및 그루핑을 신중하게 하여야 할 것이다.
대부분의 다중 사용자 MIMO를 위한 스케줄링 또는 그루핑 알고리즘은 시스템의 전체 처리량을 최적화 시키기 위한 연구가 주를 이루었다. 정보통신분야의 전력 소비 절감 기술에 대한 관심이 많아 지고 있는 시점에서, 에너지 효율적 사용자 스케줄링 알고리즘을 본 논문에서 제시 한다. 기존의 연구가 제한 된 송신 전력에서 최대의 처리량을 구현 하는 데 초점이 맞추어 졌다. 본 논문에서는 초점을 에너지 절감으로 옮겨서 적정 수준의 통신 성능을 보장하는 동시에 에너지 소비를 최소화 시키는, 에너지 효율을 최대화 시키는 사용자 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 또한 본 논문에서는 에너지 절감의 기술로 소개된 초대형 다중 안테나 시스템을 적용하여 제안 알고리즘의 성능을 관찰하였다.
